(57)【要約】【課題】測定対象物の立体形状測定を高速に且つ精度良く測定することができ、その上断面形状測定が簡易に行える立体形状測定方法及び外観検査装置を提供することにある。【解決手段】演算処理装置９は、カメラ３の撮像によって得られる画像データから測定対象物１の切削面の輪郭線を抽出するとともに、該輪郭線と当該測定対象物１の三次元形状データを前記切削面に対応して切断して得られる切断面の輪郭線とを比較して前記画像データから抽出できなかった輪郭線を抽出して該輪郭線を測定プローブ４による物理的形状測定の対象部位とする処理を行い、測定プローブ４による物理的形状測定結果と画像データによる形状測定結果三次元形状データとを比較して外観検査を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カメラで撮像した測定対象物の画像データによる形状測定と、物理的形状測定手段による物理的形状測定とを用いる立体形状測定方法であって、前記測定対象物を所定の厚みで切削する第１のステップと、該第１のステップで切削された前記測定対象物の切削面に対して直交する方向から前記測定対象物を前記カメラで撮像する第２のステップと、該第２のステップの撮像により得られた画像データから前記測定対処物の輪郭線を取得する第３のステップと、該第３のステップで得られた前記輪郭線と予め作成された当該測定対象物の三次元形状データを前記切削面に対応して切断して得られる切断面の輪郭線とを比較して前記第３のステップで取得できなかった輪郭線部位を抽出し、この輪郭線部位を物理的形状測定の対象部位とする第４のステップと、該第４のステップ後に前記物理的形状測定の対象部位に対して測定点を求める第５のステップと、該第５のステップで求められた前記測定点に対して前記物理的形状測定手段による物理的形状測定を行う第６のステップとで、測定対象物の立体形状測定を行うことを特徴とする立体形状測定方法。
【請求項２】
測定対象物を所定の高さで切削する切削手段と、該切削手段によって切削された前記測定対象物の切削面と直交する方向から前記測定対象物を撮像するカメラと、前記測定対象物の形状を物理的に測定する物理的形状測定手段と、前記測定対象物の三次元形状データを記憶している記憶手段と、前記カメラの撮像によって得られる画像データから前記測定対象物の輪郭線を抽出するとともに、該輪郭線と当該測定対象物の三次元形状データを前記切削面に対応して切断して得られる切断面の輪郭線とを比較して前記画像データから抽出できなかった輪郭線を抽出して該輪郭線を前記物理的形状測定手段による物理的形状測定の対象部位とする未測定部位抽出手段と、前記物理的形状測定の対象部位の測定点を求める測定点発生部と、この測定点発生部で求められた前記測定点に対応して前記物理的形状測定を行うように前記物理的形状測定手段を制御する制御手段と、前記画像データによる形状測定結果及び前記物理的形状測定手段による形状測定結果と前記三次元形状データとを比較して比較結果を提示する照合手段とを備えていることを特徴とする外観検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体形状測定方法及び外観検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＣＣＤカメラで撮像して得られた測定対象物の画像データを用いて測定対象物の形状測定を行う方法は、短時間で広範囲の測定が可能であるが、二次元画像を用いた測定であるため、大きな段差や深い穴底にある形状などは測定できない。
【０００３】
このような二次元画像を用いた形状測定では不可能な段差や穴底にある形状を測定する方法として測定プローブを用いた接触式形状測定（物理的形状測定）方法が提供されている。またこの物理的形状測定において、画像データを利用する三次元測定システムも提供されている（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特開平１０−２６００３３号公報（段落番号００１１、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に開示されている三次元測定システムでは、画像データを利用するが、この画像データ利用は、測定対象物がずれてパレットにセットされた場合でも測定プローブと測定対象物とが干渉しないようにするために、測定対象物を基準とする真の座標系を求めるためであった。
【０００５】
従って測定プローブを用いた物理的形状測定の場合における課題、つまり測定手順情報の作成時間に要する時間がかかるという課題がある。また大量の測定点を必要とする広範囲の領域の場合、測定時間がかかるという課題も依然ある。
【０００６】
また断面形状を測定する場合には、従来はＸ線ＣＴスキャンのような大がかりな装置を用いていた。
【０００７】
本発明は、上述の課題に鑑みて為されたもので、その目的とするところは測定対象物の立体形状測定を高速に且つ精度良く測定することができ、その上断面形状測定が簡易に行える立体形状測定方法及び外観検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するために、請求項１の立体形状測定方法の発明では、カメラで撮像した測定対象物の画像データによる形状測定と、物理的形状測定手段による物理的形状測定とを用いる立体形状測定方法であって、前記測定対象物を所定の厚みで切削する第１のステップと、該第１のステップで切削された前記測定対象物の切削面に対して直交する方向から前記測定対象物を前記カメラで撮像する第２のステップと、該第２のステップの撮像により得られた画像データから前記測定対処物の輪郭線を取得する第３のステップと、該第３のステップで得られた前記輪郭線と予め作成された当該測定対象物の三次元形状データを前記切削面に対応して切断して得られる切断面の輪郭線とを比較して前記第３のステップで取得できなかった輪郭線部位を抽出し、この輪郭線部位を物理的形状測定の対象部位とする第４のステップと、該第４のステップ後に前記物理的形状測定の対象部位に対して測定点を求める第５のステップと、該第５のステップで求められた前記測定点に対して前記物理的形状測定手段による物理的形状測定を行う第６のステップとで、測定対象物の立体形状測定を行うことを特徴とする。
【０００９】
請求項１の立体形状測定方法の発明によれば、測定プローブ等の接触によって物理的形状測定を行う対象部位を、カメラの画像データでは認識できない曲面等の測定部位に自動的に限定することができ、その結果高速に測定対象物の立体形状を測定することができ、しかも測定対象物を切削しつつ切削面毎に立体形状を測定するので複雑な形状であっても精度良く測定することができ、その上断面形状測定をＸ線ＣＴスキャン等の大がかりな装置を用いることなく簡易に行える。
【００１０】
請求項２の外観検査装置の発明では、測定対象物を所定の高さで切削する切削手段と、該切削手段によって切削された前記測定対象物の切削面と直交する方向から前記測定対象物を撮像するカメラと、前記測定対象物の形状を物理的に測定する物理的形状測定手段と、前記測定対象物の三次元形状データを記憶している記憶手段と、前記カメラの撮像によって得られる画像データから前記測定対象物の輪郭線を抽出するとともに、該輪郭線と当該測定対象物の三次元形状データを前記切削面に対応して切断して得られる切断面の輪郭線とを比較して前記画像データから抽出できなかった輪郭線を抽出して該輪郭線を前記物理的形状測定手段による物理的形状測定の対象部位とする未測定部位抽出手段と、前記物理的形状測定の対象部位の測定点を求める測定点発生部と、この測定点発生部で求められた前記測定点に対応して前記物理的形状測定を行うように前記物理的形状測定手段を制御する制御手段と、前記画像データによる形状測定結果及び前記物理的形状測定手段による形状測定結果と前記三次元形状データとを比較して比較結果を提示する照合手段とを備えていることを特徴とする。
【００１１】
請求項２の外観検査装置の発明によれば、測定プローブ等の接触によって物理的形状測定を行う対象部位を、カメラの画像データでは認識できない曲面等の測定部位に自動的に限定することができ、その結果高速に測定対象物の立体形状を測定することができ、しかも測定対象物を切削しつつ切削面毎に立体形状を測定するので複雑な形状であっても精度良く測定できるため、検査速度が速くしかも信頼性の高い検査が行え、その上断面形状測定をＸ線ＣＴスキャン等の大がかりな装置を用いることなく簡易に行える外観検査装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、測定プローブ等の接触によって物理的形状測定を行う対象部位を、カメラの画像データでは認識できない曲面等の測定部位に自動的に限定することができ、その結果高速に測定対象物の立体形状を測定することができ、しかも測定対象物を切削しつつ切削面毎に立体形状を測定するので複雑な形状であっても精度良く測定することができ、その上断面形状測定をＸ線ＣＴスキャン等の大がかりな装置を用いることなく簡易に行える立体形状測定方法を提供することができ、また検査速度が速くしかも信頼性の高い検査が行える外観検査装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下本発明を実施形態により説明する。
(実施形態１）
図１は本実施形態の外観検査装置の構成を示しており、測定対象物１をセットするＸ−Ｙテーブル２と、Ｘ−Ｙテーブル２上方に配置してあるＣＣＤカメラのように画像データを取得するカメラ３と、測定対象物１の表面に設定される測定点に接触させて当該測定点の測定対象物１の三次元座標情報を取得するための測定プローブ４と、Ｘ−Ｙテーブル２のテーブル面を基準とした任意の所定の高さ位置でテーブル面と平行な切削面が得られるように測定対象物１を切削する切削機５と、Ｘ−Ｙテーブル２をＸ−Ｙの２次元方向に移動させるテーブル駆動機構部６と、測定プローブ４を上下（Ｚ軸）方向に移動させるためのプローブ駆動機構部７と、切削機５を上下移動させるとともに駆動するための切削機駆動機構部８と、コンピュータシステムからなる演算処理装置９と、測定対象物１のＣＡＤデータ（以下三次元形状データという）をＣＡＤシステム(図示せず）から取得して予め記憶している記憶部（記憶手段）１０とから構成される。
【００１４】
カメラ３はＸ−Ｙテーブル２のテーブル面に対して垂直方向に撮像方向が設定され、Ｘ−Ｙテーブル２上にセットされている測定対象物１の表面に対して焦点が合焦するように設定される。
【００１５】
演算処理装置９は、図２に示すように画像形状測定部（画像形状測定手段）９０、未測定部位抽出部（未測定部位抽出手段）９１、測定点発生部（測定点発生手段）９２、コントロール部（制御手段）９３、測定プローブ４とともに物理的形状手段を構成する形状測定部９４、照合部（照合手段）９５を機能として備えており、その内の画像形状測定部９０はカメラ３から測定対象物１の切削面の画像データを取り込み、その画像データを２値化してその２値化画像データから輪郭線抽出を行って切削面の輪郭形状を測定する。
【００１６】
未測定部位抽出部９１は、画像形状測定部９０で抽出して取得した輪郭線データと、記憶部１０に予め記憶してある三次元形状データを上述の切削面に対応して切断して得られる切断面の輪郭線データとを比較してカメラ３の画像データで認識(形状測定）ができる輪郭線部位を測定プローブ４による物理的形状測定の対象部位から除外する。つまり画像形状測定部９０の形状測定で未測定となった輪郭線部位を抽出する処理を行う。
【００１７】
測定点発生部９２は、未測定部位抽出部９１で抽出された未測定部位、つまり物理的形状測定の対象部位に、測定プローブ４を接触させて形状測定を行うための測定点（測定点を示す座標データ）を、未測定部位に対応した三次元形状データの輪郭線データに基づいて求める処理を行う。
【００１８】
コントロール部９３は、測定点発生部９２で設定された測定点に測定プローブ４を移動させて接触させるために、テーブル駆動機構部６及びプローブ駆動機構部７を制御して測定プローブ４を測定対象物１に対して相対的に移動させる処理を測定点に基づいて作成される測定経路プログラムの実行で行う。
【００１９】
またコントロール部９３は、切削面(断面）がＸ−Ｙテーブル２の上面と平行する面となり且つ任意の所定の高さ位置となるようにＸ−Ｙ方向にテーブル駆動機構部６を介してＸ−Ｙテーブル２を移動させるとともに、切削機駆動機構部８を通じて切削機５をＸ−Ｙテーブル２の上面に対して垂直方向に移動させ且つ切削動作を制御する機能を備えている。尚切断面の位置は三次元形状データを基に任意の所定高さ（厚み）の位置にコントローラ部９３により設定されるものとする。
【００２０】
形状測定部９４は、測定プローブ４の測定点に対する接触で得られる三次元座標データに基づいて三次元形状測定データを生成する。
【００２１】
照合部９５は、画像形状測定部９０及び形状測定部９４で得られた形状測定の結果を示すデータと、記憶部１０に記憶されている当該測定対象物１の三次元形状データとを比較照合し、当該測定対象物１の外観形状がＣＡＤで作成された所望の三次元形状を満足させているものかどうかを検査結果として表示手段（図示せず）により提示する処理を行う。
【００２２】
次に本発明の外観検査装置における立体形状測定方法を図３に示すフローチャート及び図４、図５に基づいて説明する。
【００２３】
まず、本発明の外観検査装置は、微小な端子をインサート成形しているような成形体を検査対象物、つまり測定対象物１としており、外観検査に当たっては、Ｘ−Ｙテーブル２上に測定対象物１をセットした状態で稼動させる。この稼動によって演算処理装置９のコントロール部９０の制御により切削機駆動機構部８を介して切削機５を下降させながら切削動作させるとともに、テーブル駆動機構部６を介してＸ−Ｙ方向にＸ−Ｙテーブル２を動かす。これによりテーブル面を基準とした任意の所定高さ（厚み）位置まで測定対象物１を切削し、Ｘ−Ｙテーブル２のテーブル面と平行する切削面を得る（第１のステップＳ１）。図４（ａ）は切削機５によって測定対象物１を切削している様子を示す。
【００２４】
この切削終了後、次の第２のステップＳ２において、切削面に対して垂直方向からカメラ３の焦点を合焦させた状態で前記測定対象物１をカメラ３により撮像し、この撮像により得られた画像データを画像形状測定部９０で２値化して輪郭線の抽出を行って形状測定を行う（第３のステップＳ３）。図４（ｂ）で示すｄは画像データから抽出された輪郭線を示しており、輪郭線が断絶している部位が測定不可能部位を示す。
【００２５】
この第３のステップＳ３で測定した画像データは画像形状測定部９０の下で上述の記憶部１０に切削面の情報に対応付けて記憶される。この画像データの記憶後、第４のステップＳ４では、未測定部位抽出部９１が記憶部１０に記憶されている当該測定対象物１の三次元形状データを読み出して、上述の切削面と同じ位置で切断したときの切断面の輪郭線データを得、この輪郭線データと先に画像形状測定部９０で抽出して記憶部１０に記憶してある輪郭線データとを比較し、形状測定ができなかった輪郭線部位（未測定部位）を抽出する。
【００２６】
この抽出について図５の模式図により詳説すると、図５（ａ）に示すように３次元形状データから得た輪郭線データＤａを外観検査に用いる所望の公差範囲Ｗまで拡大縮小させて画像データから抽出される輪郭線と比較対象するための領域（図において内外の太実線で囲まれた範囲）Ａを設定する。そして図５（ｂ）に示すように領域（図において内外の細実線で囲まれた範囲）Ａと画像データから得た輪郭線データＤｂとを比較照合し、領域Ａから外れている輪郭線部位＜破線部位＞αを抽出する。この部位は切削面に隣接し、切削面より下方へ湾曲している曲面部位に対応した画像データによって形状測定できない未測定部位に対応することになる。
【００２７】
この未測定部位抽出部９１で未測定部位検出後、第５のステップＳ５において測定点発生部９２は、未測定部位検出のデータに基づいて未測定部位の抽出の比較元となる輪郭線データＤａの輪郭線（稜線）βを基準として該輪郭線βに隣接する面（切削面）上に縦横の線から成る交線γを図５（ｃ）に示すように設定し、この交線γの交点Ｘの座標位置を算出する。同様に図５（ｄ）に示すように輪郭線βに隣接する他の全ての面にも同様に交線γを設定してその交点Ｘの座標位置を求める。これらの交点Ｘが測定プローブ４を接触させて物理的形状測定のため測定点となる。
【００２８】
次の第６のステップＳ６では、測定点発生部９２で求めた測定点と記憶部３に記憶されている三次元形状データに基づいてコントロール部９が物理的形状測定のための測定経路プログラムを作成するとともに、この測定経路プログラムに基づいてプローブ駆動機構部７を介して測定プローブ４を上下方向に移動させる制御と、テーブル駆動機構部６を介してＸ−Ｙテーブル２をＸ−Ｙ方向に移動させる制御を行い、これにより測定対象物１の切削面及びそれに隣接する面（湾曲面）の測定点に測定プローブ４を図４（ｃ）に示すように接触させ、物理的形状の測定を行わせる。図５（ｅ）は測定経路プログラムによって動かされる測定プローブ４の測定経路Ｙを示す。
【００２９】
このようにして測定点に接触させて得た測定プローブ４の三次元座標情報は形状測定部９４に取り込まれ、形状測定部９４では測定情報に基づいて物理的形状測定が為される。
【００３０】
この形状測定部９４で得られた物理的形状測定データは照合部９５に取り込まれ、照合部９５により次のような比較処理が為される。
【００３１】
つまり、図５（ｆ）に示すように物理的形状測定データから仮想曲面ａ及び仮想曲面ｂを生成して両仮想曲面ａ，ｂが交わる輪郭線（稜線）β’を抽出する。この抽出した輪郭線β’と上述した領域Ａとの比較対照を図５（ｇ）に示すように行い、記憶部１０に記憶している当該切削面の画像データ、３次元形状データ、物理的形状測定データから照合結果を生成して表示手段（図示せず）に表示させる。
【００３２】
ここで図５（ｇ）のＥ２３４〜Ｅ２３７は太線で示す輪郭形状の各辺に付した識別子であり、この内上述の輪郭線β’が確認要素となり、例えば表示手段において、図６に示すように測定対象物１の切削面の高さ位置（Ｘ−Ｙテーブル２のテーブル面を基準とする）や、領域Ａを設定するための比較対象領域寸法公差とともに、確認要素の識別子が照合結果として表示される。
【００３３】
さて測定対象物１の現在の切削面に対応した上述の照合処理が終了すると、コントロール部６３は、測定対象物１の切削面の高さ位置を下降させる設定を行い（第７のステップＳ７）、第８のステップＳ８でのチェックでその位置が下端位置でないと判定されれば、第１のステップＳ１に戻って当該位置までの切削を開始する。
【００３４】
以上のようにして測定対象物１を切削しながら切削面での画像による形状測定と、物理的形状測定を繰り返して行うのである。
【００３５】
このようにして本実施形態の外観検査装置では測定対象物１の各切削面（断面）での形状測定を行い、照合部９５で各切削面での照合結果から当該測定対象物１の良・不良を判断することができることになる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施形態１の外観検査装置の全体構成図である。
【図２】実施形態１の要部の構成図である。
【図３】実施形態１の動作説明用フローチャートである。
【図４】実施形態１の動作説明図である。
【図５】実施形態１の動作説明図である。
【図６】実施形態１の照合結果の説明図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  測定対象物
２  Ｘ−Ｙテーブル
３  カメラ
４  測定プローブ
５  切削機
６  テーブル駆動機構部
７  プローブ駆動機構部
８  切削機駆動機構部
９  演算処理装置
１０  記憶部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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